一種現場快速檢測和去除鉛離子的靜電紡絲納米纖維支架的製作方法
2023-11-04 01:19:37 1
本發明的目的旨在提供一種現場快速檢測和去除鉛離子的靜電紡絲納米纖維支架，此支架可用於環境分析和食品安全現場快速檢測等領域。
背景技術：
當前鉛離子常用檢測方法主要是利用原子吸收光譜法、原子發射光譜法、x射線螢光光譜法、電感耦合等離子體質譜法等大型設備進行檢測。這些方法也有一些局限性，如儀器價格昂貴、儀器尺寸大、檢測耗時長、樣品前處理複雜等。因而有必要開發可以用於現場快速檢測和去除鉛離子的方法。
現場快速檢測技術簡便、快速、高效、經濟，能較好地滿足環境分析和食品安全現場快速檢測的要求，可彌補傳統大型儀器檢測方法的缺點。當前鉛離子現場常用快速檢測方法包括螢光核酸探針法、納米金修飾法、化學傳感器法等，這些方法具有低檢測限、高靈敏度、可對樣品進行實時檢測等特點。由於相比於螢光核酸分子、納米金等方法中檢測物質是分散在溶液中會帶來潛在的汙染，靜電紡絲納米纖維支架由於在檢測完畢後可以將支架從樣品檢測液中取出，從而不會造成對樣品檢測液明顯的汙染，因而在現場快速檢測中具有明顯的優勢。
在靜電紡絲納米纖維支架檢測和去除鉛離子的研發中，robertb等通過對多糖纖維素水過濾納米纖維薄膜進行化學改性，使化學改性後的多糖纖維素水過濾納米纖維薄膜結構中具有巰基，可吸附水中的重金屬離子包括cr4+、pb2+、as3+、cu2+等(us20160263554a1)；程絲等(cn104345043a)採用靜電紡絲工藝製備聚丙烯腈/硝酸銀納米纖維，經硼氫化鈉還原得到聚丙烯腈/銀納米纖維薄膜，再將其置於鹼性正矽酸乙酯/乙醇溶液中，通過水解反應得到表面包覆二氧化矽的聚丙烯腈/銀/二氧化矽重金屬檢測的光學傳感納米纖維支架，該支架可以檢測fe3+、cu2+、hg2+、cd2+、mn2+、ni2+、pb2+，最低檢測限為0.17nm。此類支架製備方法繁瑣，工藝複雜，所製備得到的納米纖維支架可同時檢測多種重金屬離子，因而在檢測時候重金屬容易相互幹擾。因此有必要開發在特定條件下只檢測和去除鉛離子的靜電紡絲納米纖維支架。
技術實現要素：
本發明的目的旨在提供一種現場快速檢測和去除鉛離子的靜電紡絲納米纖維支架，此支架可用於環境分析和食品安全現場快速檢測等領域。
本發明中的可用於現場快速檢測和去除鉛離子的靜電紡絲納米纖維支架製備過程如下：
1)靜電紡絲溶液製備：室溫下，將質量分數為4-12％的高分子聚合物溶液(溶劑為n，n-二甲基甲醯胺等)在恆溫磁力攪拌器上攪拌至溶解，轉速為200-600rpm，攪拌時間2-6h；隨後，轉速調至50-100rpm，攪拌至溶液澄清、透明、無氣泡。用50-100rpm轉速攪拌使溶液澄清、透明、無氣泡；稱量30-200mg薑黃素/g高分子聚合物緩慢滴加至上述溶液中，錫箔紙避光處理，繼續50-100rpm轉速攪拌使薑黃素和高分子聚合物溶液混合至均勻，時間為20-60min。
2)靜電紡絲製備納米纖維膜：採用靜電紡絲技術製備摻雜薑黃素的納米纖維膜。反應參數如下：控制溫度為25-40℃、溼度為30％-40％、接收器與噴絲頭的距離為10-20cm，靜電紡絲高壓範圍為15-30kv，注射器內液體流速為10-50μl/min，接收時間為2-4h。
3)納米纖維支架製備：採用直徑為0.4-1cm打孔器在納米纖維膜上製作納米纖維支架，直徑或者邊長為0.4-1cm，厚度為1-5mm，質量約為0.5-5mg。
納米纖維支架中，薑黃素分布在納米纖維內部和表面上，表面光滑，顏色為明黃色，添加到pb2+重金屬溶液中後會吸附pb2+而快速變成棕色，肉眼最低檢測限為1mmol/l，其對pb2+的平衡吸附量(去除量)為52-462mg/g納米纖維膜。
高分子聚合物包括：聚丙烯腈、乙酸纖維素、玉米蛋白、聚乳酸、聚乳酸-乙醇酸、甲基丙烯酸甲酯共甲基丙烯酸羥乙酯與甲基丙烯酸甲酯共丙烯酸羥乙酯等。
納米纖維支架加入pb2+重金屬溶液在ph5-7時，30s內即顏色從明黃變為棕色，肉眼對pb2+重金屬溶液的最低檢測限為1mmol/l。
納米纖維支架肉眼觀察顏色為明黃色，其紫外可見吸收光譜最大吸收波長為426nm，納米纖維支架吸附pb2+後其紫外可見吸收光譜最大吸收波長為453nm。
應用該納米纖維支架進行環境水體和食品中pb2+重金屬檢測的方法如下：首先製備質量相近的數份載薑黃素納米纖維支架，製備一系列濃度梯度的標準pb2+溶液，移取1ml標準pb2+溶液加入到放置載薑黃素納米纖維支架的容器中，1min取出，乾燥20min，測量紫外可見吸收光譜圖，記錄峰值，進行質量修正，製作紫外可見吸收453nm時峰值與標準pb2+溶液濃度的曲線。隨後根據《水和廢水監測分析方法(第四版)》和國家標準gb5009.12-2010(食品中鉛的測定)對所需測試樣品進行前處理製備成水相溶液，取1ml樣品，加入1片載薑黃素納米纖維支架，1min取出，乾燥20min，測量紫外可見吸收光譜圖，記錄峰值，進行質量修正，根據標準曲線推算出該1ml樣品中pb2+濃度，再推算出所測環境水體或者食品中pb2+濃度。
所述納米纖維支架中薑黃素在支架中的負載量為30-200mg/g納米纖維，所述納米纖維支架中pb2+重金屬平衡吸附量(去除量)為52-462mg/g納米纖維膜。
本發明製備工藝簡單，製備成本低廉，可以用於現場快速檢測。
附圖說明
圖1為負載薑黃素的納米纖維製備流程圖。
圖2為負載薑黃素的納米纖維與pb2+重金屬導致納米纖維表面薑黃色顏色發生改變的示意圖。
曲線為聚合物分子，灰色y形圖為薑黃素，灰色柱為納米纖維，三角形圖為鉛離子，黑色y形圖為與鉛離子結合後導致顏色改變為棕色。
具體實施方式
下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
實施例1
具體操作如下：
室溫下，將質量分數為8％的聚丙烯腈高分子聚合物溶液(溶劑為n,n-二甲基甲醯胺等)在恆溫磁力攪拌器上攪拌至溶解，轉速為200-600rpm，攪拌時間2-6h；隨後，轉速調至50-100rpm，攪拌至溶液澄清、透明、無氣泡。用50-100rpm轉速攪拌使溶液澄清、透明、無氣泡；稱量30mg薑黃素/g高分子聚合物緩慢滴加至上述溶液中，錫箔紙避光處理，繼續50-100rpm轉速攪拌使薑黃素和高分子聚合物溶液混合至均勻，時間為40min。
然後，採用靜電紡絲技術製備摻雜薑黃素的納米纖維膜。反應參數如下：控制溫度為25-40℃、溼度為30％-40％、接收器與噴絲頭的距離為15cm，靜電紡絲高壓範圍為20kv，注射器內液體流速為20μl/min，接收時間為3h。
隨後，採用直徑為0.6cm打孔器在納米纖維膜上製作納米纖維支架，直徑或者邊長為0.6cm，厚度為1mm，質量約為0.7mg。
納米纖維支架中，薑黃素分布在納米纖維內部和表面上，表面光滑，顏色為明黃色，添加到pb2+重金屬溶液中後會吸附pb2+而快速變成棕色，肉眼最低檢測限為1mmol/l，其對pb2+的平衡吸附量(去除量)為52mg/g納米纖維膜。
納米纖維支架加入pb2+重金屬溶液在ph5-7時，30s內即顏色從明黃變為棕色，肉眼對pb2+重金屬溶液的最低檢測限為1mmol/l。
納米纖維支架肉眼觀察顏色為明黃色，其紫外可見吸收光譜最大吸收波長為426nm，納米纖維支架吸附pb2+後其紫外可見吸收光譜最大吸收波長為453nm。
應用該納米纖維支架進行環境水體和食品中pb2+重金屬檢測的方法如下：首先製備質量相近約為0.7mg的數份載薑黃素納米纖維支架，製備一系列濃度梯度的標準pb2+溶液(0.5，1，2，5，10，20，50，100，200，500，1000mmol/l)，移取1ml標準pb2+溶液加入到放置載薑黃素納米纖維支架的容器中，1min取出，乾燥20min，測量紫外可見吸收光譜圖，記錄峰值，進行質量修正，製作紫外可見吸收453nm時峰值與標準pb2+溶液濃度的曲線。隨後根據《水和廢水監測分析方法(第四版)》和國家標準gb5009.12-2010(食品中鉛的測定)對所需測試樣品進行前處理製備成水相溶液，取1ml樣品，加入1片載薑黃素納米纖維支架，1min取出，乾燥20min，測量紫外可見吸收光譜圖，記錄峰值，進行質量修正，根據標準曲線推算出該1ml樣品中pb2+濃度，再推算出所測環境水體或者食品中pb2+濃度。
實施例2
具體操作如下：
室溫下，將質量分數為12％的乙酸纖維素高分子聚合物溶液(溶劑為n,n-二甲基甲醯胺等)在恆溫磁力攪拌器上攪拌至溶解，轉速為200-600rpm，攪拌時間2-6h；隨後，轉速調至50-100rpm，攪拌至溶液澄清、透明、無氣泡。用50-100rpm轉速攪拌使溶液澄清、透明、無氣泡；稱量200mg薑黃素/g高分子聚合物緩慢滴加至上述溶液中，錫箔紙避光處理，繼續50-100rpm轉速攪拌使薑黃素和高分子聚合物溶液混合至均勻，時間為30min。
然後，採用靜電紡絲技術製備摻雜薑黃素的納米纖維膜。反應參數如下：控制溫度為25-40℃、溼度為30％-40％、接收器與噴絲頭的距離為15cm，靜電紡絲高壓範圍為20kv，注射器內液體流速為20μl/min，接收時間為3h。
隨後，採用直徑為0.8cm打孔器在納米纖維膜上製作納米纖維支架，直徑或者邊長為0.8cm，厚度為1mm，質量約為0.9mg。
納米纖維支架中，薑黃素分布在納米纖維內部和表面上，表面光滑，顏色為明黃色，添加到pb2+重金屬溶液中後會吸附pb2+而快速變成棕色，肉眼最低檢測限為1mmol/l，其對pb2+的平衡吸附量(去除量462)為80mg/g納米纖維膜。
納米纖維支架加入pb2+重金屬溶液在ph5-7時，30s內即顏色從明黃變為棕色，肉眼對pb2+重金屬溶液的最低檢測限為1mmol/l。
納米纖維支架肉眼觀察顏色為明黃色，其紫外可見吸收光譜最大吸收波長為426nm，納米纖維支架吸附pb2+後其紫外可見吸收光譜最大吸收波長為453nm。
應用該納米纖維支架進行環境水體和食品中pb2+重金屬檢測的方法如下：首先製備質量相近約為0.9mg的數份載薑黃素納米纖維支架，製備一系列濃度梯度的標準pb2+溶液(0.5，1，2，5，10，20，50，100，200，500，1000mmol/l)，移取1ml標準pb2+溶液加入到放置載薑黃素納米纖維支架的容器中，1min取出，乾燥20min，測量紫外可見吸收光譜圖，記錄峰值，進行質量修正，製作紫外可見吸收453nm時峰值與標準pb2+溶液濃度的曲線。隨後根據《水和廢水監測分析方法(第四版)》和國家標準gb5009.12-2010(食品中鉛的測定)對所需測試樣品進行前處理製備成水相溶液，取1ml樣品，加入1片載薑黃素納米纖維支架，1min取出，乾燥20min，測量紫外可見吸收光譜圖，記錄峰值，進行質量修正，根據標準曲線推算出該1ml樣品中pb2+濃度，再推算出所測環境水體或者食品中pb2+濃度。
實施例3
具體操作如下：
室溫下，將質量分數為10％的聚丙烯腈高分子聚合物溶液(溶劑為n,n-二甲基甲醯胺等)在恆溫磁力攪拌器上攪拌至溶解，轉速為200-600rpm，攪拌時間2-6h；隨後，轉速調至50-100rpm，攪拌至溶液澄清、透明、無氣泡。用50-100rpm轉速攪拌使溶液澄清、透明、無氣泡；稱量100mg薑黃素/g高分子聚合物緩慢滴加至上述溶液中，錫箔紙避光處理，繼續50-100rpm轉速攪拌使薑黃素和高分子聚合物溶液混合至均勻，時間為40min。
然後，採用靜電紡絲技術製備摻雜薑黃素的納米纖維膜。反應參數如下：控制溫度為25-40℃、溼度為30％-40％、接收器與噴絲頭的距離為20cm，靜電紡絲高壓範圍為30kv，注射器內液體流速為40μl/min，接收時間為3h。
隨後，採用直徑為0.6cm打孔器在納米纖維膜上製作納米纖維支架，直徑或者邊長為0.6cm，厚度為2mm，質量約為1.5mg。
納米纖維支架中，薑黃素分布在納米纖維內部和表面上，表面光滑，顏色為明黃色，添加到pb2+重金屬溶液中後會吸附pb2+而快速變成棕色，肉眼最低檢測限為1mmol/l，其對pb2+的平衡吸附量(去除量)為251mg/g納米纖維膜。
納米纖維支架加入pb2+重金屬溶液在ph5-7時，30s內即顏色從明黃變為棕色，肉眼對pb2+重金屬溶液的最低檢測限為1mmol/l。
納米纖維支架肉眼觀察顏色為明黃色，其紫外可見吸收光譜最大吸收波長為426nm，納米纖維支架吸附pb2+後其紫外可見吸收光譜最大吸收波長為453nm。
應用該納米纖維支架進行環境水體和食品中pb2+重金屬檢測的方法如下：首先製備質量相近約為1.5mg的數份載薑黃素納米纖維支架，製備一系列濃度梯度的標準pb2+溶液(0.5，1，2，5，10，20，50，100，200，500，1000mmol/l)，移取1ml標準pb2+溶液加入到放置載薑黃素納米纖維支架的容器中，1min取出，乾燥20min，測量紫外可見吸收光譜圖，記錄峰值，進行質量修正，製作紫外可見吸收453nm時峰值與標準pb2+溶液濃度的曲線。隨後根據《水和廢水監測分析方法(第四版)》和國家標準gb5009.12-2010(食品中鉛的測定)對所需測試樣品進行前處理製備成水相溶液，取1ml樣品，加入1片載薑黃素納米纖維支架，1min取出，乾燥20min，測量紫外可見吸收光譜圖，記錄峰值，進行質量修正，根據標準曲線推算出該1ml樣品中pb2+濃度，再推算出所測環境水體或者食品中pb2+濃度。
以上為本發明優選實施例，應當指出的是，變換上述實施例中的參數範圍或者變換薑黃素為其它與鉛離子能反應變色的物質，本發明也是可以實現的，並不限於上述的實施例。本發明所提到的一種pb2+重金屬現場快速檢測的靜電紡絲支架可以用於環境分析和食品檢測中的現場快速分析，且製備工藝簡單，成本低廉，易於推廣。
儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。